[发明专利]一种用于低温气体清洁的方法和用于该方法的催化剂

说明书

本发明涉及一种用于清洁被挥发性有机化合物和/或含硫化合物污染的贫化气流的方法，该方法包括以下步骤：向被污染的贫化气流中添加臭氧，和使得到的含臭氧的气流与催化装置在低至室温的温度下接触。取决于贫化气流中的颗粒物含量，催化装置是整体式催化剂或催化袋式过滤器，两者都用含有一种或多种金属氧化物的催化剂进行浸渍，其中该金属选自钒、钨、钯和铂。

本发明涉及一种用于低温清洁贫化气体的方法和一种用于该方法的催化剂。更具体地，根据本发明的方法包括首先在低温即低至室温的温度下将臭氧添加到被挥发性有机化合物(VOC)和/或含硫化合物如H₂S或二甲基硫醚污染的贫化气流中，然后使含臭氧的气流与催化剂接触。

以前，贫化气流仅是在没有任何清洁下被排放到周围环境中。然而，随着法规变得越来越严格，有必要对这种气流采取一定措施。如今，通常使用再生热氧化器(RTO)或洗涤器。

使用催化过程以从废气中去除有害组分。从这方面来看，从节省能量并同时保持高的催化活性的角度来说，降低催化反应的温度是重要的。因此，进行了研究和考察以寻找有效的低温催化剂或新的催化方法。在这方面，合适的方法是臭氧催化氧化(OZCO方法)，其在催化氧化反应中使用臭氧作为氧化剂。

臭氧(三氧，O₃)是已知的强氧化剂，用于废物和饮用水处理、杀菌和除臭。它是氧的同素异形体，其稳定性远低于双原子同素异形体O₂，并且在低层大气中分解为正常的分子氧。如上所述，臭氧是一种强大的氧化剂(远超过分子氧)，因此它有许多与氧化有关的工业应用。由于臭氧相当大的氧化能力和作为副产物的分子氧的形成，有时选择臭氧来用于氧化。事实上，使用臭氧的氧化比化学替代品至少具有以下优势：

-臭氧可以现场产生，

-臭氧迅速分解为氧气，不留痕迹，

-反应不会产生有毒的卤化化合物，并且

-与其他常见的氧化剂相比，臭氧的作用更快，更完全。

但是，由于臭氧本身有毒这一事实，因此必须除去这些氧化过程中残留的臭氧。此外，即使浓度低至约100ppb，其对动植物组织也非常有害，臭氧是一种无法排放的污染物。由于这些原因，许多研究致力于寻找合适催化剂以用于使用臭氧的氧化反应，并且还寻找在这种氧化反应之后去除残余臭氧的有效方法。

现在令人惊讶地发现，含有用钒以及可能还含有钨、钯和/或铂浸渍的二氧化钛载体的催化装置可以显著降低低温下加入了臭氧的贫化气流中的挥发性有机化合物(VOC)和/或含硫化合物例如H₂S或二甲基硫醚的含量。更令人惊奇的是，进一步发现该催化装置不仅降低了气流中的VOC和/或硫含量，而且还除去了残留的臭氧。

Journal of Colloid and Interface Science 446,226-236(2015)涉及二甲基硫醚(DMS)与臭氧在低温(即50-200℃)下经由纳米尺寸的Fe₂O₃-ZrO₂催化剂的气相催化氧化的研究。催化剂不同于本发明的方法中使用的催化剂，并且未提及可能的VOC去除。

在Applied Catalysis A:General 298,109-114(2008)中描述了在氧化铝负载的氧化钴催化剂体系(其具有超化学计量的氧(CoO_x/Al₂O₃))下通过臭氧催化氧化VOC和CO以及臭氧的非均相催化分解。催化剂同样不同于本发明的方法中使用的催化剂，并且未提及可能的硫化合物的去除。

US 2006/0084571 A1公开了一种低温臭氧催化剂，其是金属氧化物。催化剂的具体目的是转化(即破坏)臭氧，特别是在飞机引气中。这是通过臭氧破坏体系完成的，该体系由核和施加至核的活性金属氧化物洗涂层组成，其破坏臭氧。金属氧化物包括Cu、Fe、Co、Ni的氧化物，或其组合。